火電廠余熱綜合利用技術(shù)探討

丁全財(cái)

摘要：面對(duì)能源和水資源緊缺、環(huán)境日益惡化以及因原煤價(jià)格上漲而引起的發(fā)電虧損現(xiàn)狀，作為能耗和排放大戶的火力發(fā)電廠，如何合理地利用煙氣余熱，成為火電廠提高機(jī)組效率、減少煤耗而達(dá)到節(jié)能降耗的主要舉措之一?；诖耍恼陆榻B了通過加大對(duì)鍋爐連排水和煙氣余熱進(jìn)行綜合利用的節(jié)能技術(shù)，并通過應(yīng)用實(shí)例對(duì)該節(jié)能技術(shù)的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保效益進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：火電廠；煙氣；余熱；綜合利用；節(jié)能

中圖分類號(hào)：TK267 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）09-0135-03

燃煤火力發(fā)電生產(chǎn)的電能占我國總電能的80%左右，在實(shí)際生產(chǎn)中，由于各種因素的影響，燃煤的熱值并沒有得到充分的利用。在當(dāng)前原煤市場化而電能計(jì)劃化的大背景下，能源和水資源越來越緊缺使得原煤價(jià)格上漲，環(huán)境日益惡化傳導(dǎo)給企業(yè)的環(huán)保責(zé)任越來越大，在這些嚴(yán)峻挑戰(zhàn)面前，如何充分利用煤炭燃燒產(chǎn)生的熱能，成為火電廠在困境中尋求效益和謀求發(fā)展的主要舉措之一。

在火電廠中鍋爐尾氣、鍋爐連續(xù)排污水以及爐底排渣中的余熱具有可以綜合利用的價(jià)值，通過對(duì)這些殘余熱能的回收利用可以有效地提升電廠的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。目前針對(duì)這些余熱的回收利用有很多種方式，比如利用鍋爐煙氣余熱加熱給水省煤器、將煙氣余熱作為空氣預(yù)熱器的熱量來源、利用鍋爐連排水余熱加熱鍋爐給水、利用爐膛底部的爐渣余熱加熱鍋爐燃燒空氣和給水，除了這些常用的余熱利用方式外，還有直接利用鍋爐連排水的發(fā)電裝置以及深度利用鍋爐尾部煙氣余熱的系統(tǒng)等。本文主要介紹了汽水系統(tǒng)余熱和鍋爐排煙系統(tǒng)余熱的綜合利用技術(shù)，并對(duì)其利用效果通過應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行了探討與分析。

1 火電廠低溫余熱利用技術(shù)

1.1 汽水系統(tǒng)余熱利用技術(shù)

目前在鍋爐汽水系統(tǒng)的余熱回收利用上主要有兩個(gè)方面：一是將連排水直接引入到加熱器中用于加熱鍋爐給水，這種方式為常規(guī)的余熱利用方式，利用效率較低；二是利用火電廠鍋爐連排水中剩余的高品位熱能進(jìn)行做功，再驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)生產(chǎn)電能，輸出的水汽混合物再送至熱水站，用于生產(chǎn)供居民使用的熱水或供暖，這種方式能夠使余熱得到充分回收利用。這里的發(fā)電裝置是利用連排水余熱加熱螺桿膨脹動(dòng)力機(jī)，再通過聯(lián)軸器帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的熱能利用系統(tǒng)。螺桿膨脹動(dòng)力機(jī)構(gòu)造及工作原理如圖1所示：

圖1 螺桿膨脹動(dòng)力機(jī)構(gòu)造及工作原理

做功完后排出的高溫水汽混合物首先進(jìn)入機(jī)內(nèi)陰陽螺桿齒槽A，使螺桿發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，隨著螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)，齒槽A逐漸旋轉(zhuǎn)至B、C、D位置，在此過程中由螺桿封閉的容積逐漸增大，熱水得以降壓、降溫而膨脹做功，最后從后端齒槽E排出，而做功產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力由陽螺桿通過聯(lián)軸器輸出給發(fā)電機(jī)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。螺桿膨脹發(fā)電機(jī)具有很好的適應(yīng)能力，在過熱蒸汽、飽和蒸汽、汽水混合物以及高鹽分低品質(zhì)的流體條件下都能表現(xiàn)出較好的性能，因而在鍋爐連排水壓力波動(dòng)、溫度和流量不均衡的情況下可以很好地運(yùn)行，而且可以實(shí)現(xiàn)無人值守。

1.2 鍋爐排煙系統(tǒng)的余熱利用技術(shù)

火電廠中排煙損失的熱能占了煤炭產(chǎn)生總熱能的5%～12%，占鍋爐總熱損失的80%甚至更高，因此鍋爐尾部煙氣余熱損失是火電廠余熱利用的重點(diǎn)。一般而言，排煙溫度每升高10℃，就會(huì)增加0.6%～1.0%的熱損失，這樣換算成煤電比則每度電增加煤耗2克左右。

我國在運(yùn)的火電廠中，鍋爐排煙溫度一般都在125℃～150℃之間，排煙溫度偏高而導(dǎo)致的熱能損失已經(jīng)成為火電廠面臨的困境之一。而目前對(duì)這部分余熱的回收大多采用的是在排煙系統(tǒng)中安裝煙氣冷卻器，通過空氣或水等導(dǎo)熱介質(zhì)將余熱傳輸至鍋爐給水系統(tǒng)或進(jìn)氣系統(tǒng)，對(duì)助燃空氣、冷凝水進(jìn)行加熱而達(dá)到節(jié)能的目的。但是由于煙氣冷卻之后會(huì)使煙氣中的部分SO2等酸性腐蝕性氣體結(jié)露而對(duì)管壁等造成腐蝕，因而在實(shí)際應(yīng)用中仍有很多問題需要解決。

近年來在歐美國家開始應(yīng)用的煙氣深度冷卻器可以大幅度地降低煙氣溫度，曾經(jīng)在丹麥應(yīng)用時(shí)有過排煙溫度由190℃降低到90℃的記錄，表現(xiàn)出了顯著的節(jié)能效果。經(jīng)過該冷卻器的高溫?zé)煔夂推鋬?nèi)部翅片管束中的冷水進(jìn)行熱置換，使水得到加熱。該冷卻器主要分為高低溫設(shè)置于除塵器的前后，具體布置如圖2所示。

這種將冷卻器按照高、低溫段分開布置，并將高溫段布置在除塵器之前，將低溫段布置在除塵器之后的方式，能夠通過布置于除塵器之前的高溫段冷卻器將煙氣溫度降至120℃左右，從而提高其后面除塵器的效率，使其除塵效果更好、能耗更低，并且對(duì)使用布袋式除塵器的裝置而言，由于進(jìn)入的煙氣溫度降低可以延長其使用壽命；而位于除塵器之后的冷卻器則可以對(duì)煙氣進(jìn)行深度冷卻，并將余熱充分利用。

1.鍋爐；2.暖風(fēng)機(jī)；3.空氣預(yù)熱器；4.煙氣冷卻器；5.靜電除塵器；6.煙氣冷卻器；7.脫硫塔；8.耐酸泵；9.濕煙囪

圖2 分高低溫布置在除塵器前后的冷卻器示意圖

采用這種冷卻器布置策略的余熱回收裝置主要使用于以下三種情況：一是除塵器采用布袋式除塵器而對(duì)煙氣溫度較敏感的新建工程中；二是除塵器進(jìn)氣溫度在130℃～150℃之間或更高，而且增壓風(fēng)機(jī)有400Pa上下裕量的改造工程中；三是煙氣溫度在130℃上下，在除塵器后方安裝高低溫一體型冷卻器空間不夠，且增壓風(fēng)機(jī)有400Pa上下裕量的改造工程中。

除了以上介紹的布置方式外，該冷卻裝置的高、低溫段還可以合為一體布置于除塵器之后或是高、低溫分開而布置于除塵器之后，具體采取何種方式布置要根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況、具體需求來進(jìn)行優(yōu)選，從而使其達(dá)到最佳的余熱綜合利用效果，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、控制發(fā)電成本的目的。

2 余熱利用技術(shù)應(yīng)用實(shí)例分析

2.1 汽水系統(tǒng)的余熱利用實(shí)例

以某火電廠2×200MW機(jī)組為例，其額定蒸發(fā)量為670t/h，2臺(tái)鍋爐的設(shè)計(jì)連排流量為12t/h，實(shí)際運(yùn)行流量為8～10t/h。對(duì)其采用螺桿膨脹動(dòng)力發(fā)電裝置改造之后，初期運(yùn)行一臺(tái)鍋爐，并利用汽包排污閥來控制連排流量，使其達(dá)到裝置設(shè)計(jì)要求，這樣發(fā)電裝置發(fā)電功率達(dá)到200kW。通過運(yùn)行測(cè)試確定該裝置的投入未對(duì)汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組造成不良影響，且機(jī)組運(yùn)行安全可靠，實(shí)現(xiàn)了無人值守。應(yīng)用效果得到驗(yàn)證后對(duì)另一臺(tái)鍋爐開展改造，投運(yùn)后2臺(tái)鍋爐正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)電裝置發(fā)電功率可達(dá)300kW的滿負(fù)荷額定容量運(yùn)行。

應(yīng)用效果分析：在2臺(tái)鍋爐正常運(yùn)行情況下按發(fā)電功率為300kW計(jì)算，刨去發(fā)電裝置自損耗1.1kW，按鍋爐全年運(yùn)行6500h，上網(wǎng)電價(jià)按0.35元/（kW·h）的情況下，采用該系統(tǒng)可以增加發(fā)電量（300-1.1）×6500=194.285萬度，可獲收益68.0萬元，而且同時(shí)還向社會(huì)提供了大量的熱水。這樣按機(jī)組的發(fā)電煤耗率為3209/（kW·h）計(jì)算，年可節(jié)省標(biāo)煤621.71t。若按每噸煤燃燒要排放CO21.98t計(jì)算，每年可以減少CO2排放1231t，可見節(jié)能和環(huán)境效益都很明顯。

2.2 排煙系統(tǒng)的余熱利用實(shí)例

以某電廠300MW機(jī)組的深度冷卻器節(jié)能改造為例，在改造中采用在增壓風(fēng)機(jī)和脫硫塔之間增設(shè)煙氣冷卻裝置，把鍋爐給水從6號(hào)低壓加熱器前通過管道引入煙氣冷卻器中，和煙氣進(jìn)行熱交換后再送到5號(hào)低壓加熱器，在該環(huán)節(jié)煙氣溫度從152℃降低到108℃，而給水從83.8℃升高至103.7℃。本次技改投資為640萬元，改造用去45天。

節(jié)能效果分析：技改之后機(jī)組的排煙溫度降低44℃，使機(jī)組的發(fā)電煤耗降低約4g/（kW·h），該機(jī)組年運(yùn)轉(zhuǎn)4500h，當(dāng)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)煤價(jià)為800元/t，該技改項(xiàng)目可實(shí)現(xiàn)年節(jié)約標(biāo)煤5400t，費(fèi)用432萬元，技改投資不到2年可收回，另外可減少CO2排放10692t，經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益顯著。

3 結(jié)語

火電廠余熱的綜合利用技術(shù)的推廣和應(yīng)用，不僅可以獲得良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，同時(shí)能夠提高火電廠的節(jié)能減排能力，這既有利于電廠節(jié)約成本、提升競爭力和完成環(huán)保義務(wù)，同時(shí)又符合國家關(guān)于轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、節(jié)能減排的發(fā)展思路。當(dāng)然火電廠余熱利用技術(shù)不僅限于此，隨著科技的發(fā)展必將會(huì)有更加有效的回收利用技術(shù)出現(xiàn)，因此我們有理由相信，未來更加多元和先進(jìn)的余熱利用技術(shù)必將對(duì)火電企業(yè)的運(yùn)行和效益模式帶來深刻的變革。

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（責(zé)任編輯：趙秀娟）